(57)【要約】【課題】電源電圧の変化に対して、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保つことができる誘導加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】制御回路７により、制御対象値検知手段１０の出力値が第１の所定の値になるように、スイッチング手段４ａの可変要素を可変すると共に、入力電圧検知手段９の出力値に応じて、スイッチング手段４ａの可変要素を変化させるかどうかを選択するようにしたものである。これによって、電源異常に起因するインバータ回路４への電源電圧の急峻な変動などに対して、インバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高いものとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱コイルとスイッチング手段を含み、交流電源を整流および平滑した直流を高周波交流に変換し、前記加熱コイルに高周波電流を供給して被加熱体を誘導加熱するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路とを有し、前記制御回路は、前記スイッチング手段の導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変して前記被加熱体への誘導加熱出力を制御する駆動手段と、前記交流電源の電圧を検知する入力電圧検知手段と、前記被加熱体への誘導加熱出力に対応した制御対象値を検知する制御対象値検知手段とを有し、前記制御回路により、前記制御対象値検知手段の出力値が第１の所定の値になるように、前記スイッチング手段の可変要素を可変すると共に、前記入力電圧検知手段の出力値に応じて、前記スイッチング手段の可変要素を変化させるかどうかを選択するようにした誘導加熱装置。
【請求項２】
入力電圧検知手段の出力値に応じて、スイッチング手段の可変要素を変化させないことを選択している場合においても、制御対象値検知手段の出力が第２の所定の値に到達する迄はスイッチング手段の可変要素は可変可能とした請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項３】
スイッチング手段の可変要素が第３の所定の値以上になると、交流電源の電圧変化に対して、スイッチング手段の可変要素を変化させるかどうかを選択するようにした請求項１に記載の誘導加熱装置。
【請求項４】
制御対象値検知手段をインバータ回路への入力電流を検知する入力電流検知手段とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項５】
制御対象値検知手段をスイッチング手段の両端電圧を検知するスイッチング手段両端電圧検知手段とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項６】
制御対象値検知手段を加熱コイルに流れる電流を検知する加熱コイル電流検知手段とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項７】
制御対象値検知手段をスイッチング手段に流れる電流を検知するスイッチング手段電流検知手段とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項８】
インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を前記共振コンデンサの両端電圧を検知するコンデンサ両端電圧検知手段とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【請求項９】
インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を前記共振コンデンサに流れる電流を検知するコンデンサ電流検知手段とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、誘導加熱調理器などとして用いられる誘導加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘導加熱装置について、一般家庭やレストランあるいはオフィスなどで使用される誘導加熱調理器を例にとって説明する。
【０００３】
この種の誘導加熱調理器では、交流電源の電圧変化に応じて、インバータ回路の制御対象（インバータ回路への入力電流、スイッチング手段の両端電圧など）の制限値を可変するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２４５９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、例えば、交流電源の電圧変化に応じて、インバータ回路への入力電流の制限値を可変する場合において、交流電源の電圧低下に対しては、その電圧低下に相当する分の入力電流制限値を小さく設定する。しかし、この変更幅が不十分となる動作点で動作する負荷であると、小さく再設定された入力電流制限値に到達する以前に、交流電源の定格値にて設定された最大駆動時間比まで駆動時間比を増加させる動作を駆動時間比制御手段が行う。このため、この状態で交流電源が元の電圧値に急峻に復帰してしまうと、駆動時間比制御手段が駆動時間比を元の状態まで小さくしている間に、インバータ回路は最大駆動時間比での動作を余儀なくされ、インバータ回路を構成する電子部品、スイッチング手段などの電気的責務がその部品の許容値を超え、最悪は破壊に至ってしてしまうという課題を有していた。
【０００５】
また、機器の高出力化が進むことで、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務も増大して行くが、その許容値に対する十分なマージンを確保するには、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務の許容値自体を向上することが最も簡単である。しかし、その電子部品の製造歩留まり悪化などに起因するコストアップや、電気的責務の許容値の向上とトレードオフの関係にある物理量の増大が生ずるという課題があった。例えば、スイッチング手段となるＩＧＢＴの場合、電気的責務である耐圧の向上に伴い、導通損失やスイッチング損失が増大する傾向にあり、その損失分を十分冷却する冷却構成にするため、冷却ファンの風量増加やヒートシンクなどの大型化、それに伴う騒音増加、加熱効率の低下などが生じてしまう。また、共振コンデンサの場合も同様で、電気的責務である耐圧や許容電流の向上に伴い、フィルムコンデンサではフィルムの膜厚増に伴う部品体積の増大による設置スペースの確保が困難になったり、フィルム量の増加によるコストアップが生じたりする。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電源電圧の変化に対して、より確実にインバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高い誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の誘導加熱装置は、制御回路により、制御対象値検知手段の出力値が第１の所定の値になるように、スイッチング手段の可変要素を可変すると共に、入力電圧検知手段の出力値に応じて、スイッチング手段の可変要素を変化させるかどうかを選択するようにしたものである。
【０００８】
これによって、電源異常に起因するインバータ回路への電源電圧の急峻な変動などに対して、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高い誘導加熱装置が提供できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の誘導加熱装置は、電源電圧の変化に対して、より確実にインバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、加熱コイルとスイッチング手段を含み、交流電源を整流および平滑した直流を高周波交流に変換し、前記加熱コイルに高周波電流を供給して被加熱体を誘導加熱するインバータ回路と、前記インバータ回路の動作を制御する制御回路とを有し、前記制御回路は、前記スイッチング手段の導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変して前記被加熱体への誘導加熱出力を制御する駆動手段と、前記交流電源の電圧を検知する入力電圧検知手段と、前記被加熱体への誘導加熱出力に対応した制御対象値を検知する制御対象値検知手段とを有し、前記制御回路により、前記制御対象値検知手段の出力値が第１の所定の値になるように、前記スイッチング手段の可変要素を可変すると共に、前記入力電圧検知手段の出力値に応じて、前記スイッチング手段の可変要素を変化させるかどうかを選択するようにした誘導加熱装置とすることにより、電源異常に起因するインバータ回路への電源電圧の急峻な変動などに対して、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に保ち、安価で、使い勝手が良く、かつ信頼性の高い誘導加熱装置が提供できる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、入力電圧検知手段の出力値に応じて、スイッチング手段の可変要素を変化させないことを選択している場合においても、制御対象値検知手段の出力が第２の所定の値に到達する迄はスイッチング手段の可変要素は可変可能としたことにより、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務が小さい領域となる低誘導加熱出力時には、交流電源の電源電圧変動に影響されることなく、スイッチング手段の可変要素を可変して所望の誘導加熱出力を得ることができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１の発明において、スイッチング手段の可変要素が第３の所定の値以上になると、交流電源の電圧変化に対して、スイッチング手段の可変要素を変化させるかどうかを選択するようにしたことにより、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務が小さい領域となる低誘導加熱出力時には、交流電源の電源電圧変動に影響されることなく、スイッチング手段の可変要素を可変して所望の誘導加熱出力を得ることができ、スイッチング手段の可変要素が第３の所定の値以上になると、スイッチング手段の可変要素を変化させるかどうかを選択するので、的確な誘導加熱出力を得ることができる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、制御対象値検知手段をインバータ回路への入力電流を検知する入力電流検知手段としたことにより、インバータ回路への入力電流に対応した入力電流検知手段の出力を第１の所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、制御対象値検知手段をスイッチング手段の両端電圧を検知するスイッチング手段両端電圧検知手段としたことにより、スイッチング手段の両端電圧に対応したスイッチング手段両端電圧検知手段の出力を第１の所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１５】
第６の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、制御対象値検知手段を加熱コイルに流れる電流を検知する加熱コイル電流検知手段としたことにより、加熱コイルに流れる電流に対応した加熱コイル電流検知手段の出力を第１の所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、制御対象値検知手段をスイッチング手段に流れる電流を検知するスイッチング手段電流検知手段としたことにより、スイッチング手段に流れる電流に対応したスイッチング手段電流検知手段の出力を第１の所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を前記共振コンデンサの両端電圧を検知するコンデンサ両端電圧検知手段としたことにより、共振コンデンサの両端電圧に対応した共振コンデンサ両端電圧検知手段の出力を第１の所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１８】
第９の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、インバータ回路は加熱コイルと共振ループを形成する共振コンデンサを備え、制御対象値検知手段を前記共振コンデンサに流れる電流を検知するコンデンサ電流検知手段としたことにより、共振コンデンサに流れる電流に対応した共振コンデンサ電流検知手段の出力を第１の所定の値となるように、スイッチング手段の可変要素を可変することで、加熱コイルの誘導加熱出力の制御を行うことができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における誘導加熱装置について、誘導加熱調理器を例に取り上げ、図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１に示すように、交流電源（商用電源）１は、ブリッジ接続されたダイオードからなる整流回路２により整流され、チョークコイル３ａおよびコンデンサ３ｂからなる平滑回路３により平滑される。
【００２２】
インバータ回路４は、加熱コイル５とスイッチング手段４ａ、共振コンデンサ４ｂを含み、交流電源１を整流および平滑した直流を高周波交流に変換し、前記加熱コイル５に高周波電流を供給して鍋などの被加熱体６を誘導加熱する。
【００２３】
前記インバータ回路４の動作を制御する制御回路７は、前記スイッチング手段４ａの導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変して前記被加熱体６への誘導加熱出力を制御する駆動手段８と、前記交流電源１の電圧を検知する入力電圧検知手段９と、前記被加熱体６への誘導加熱出力に対応した制御対象値を検知する制御対象値検知手段１０とを有する。
【００２４】
そして、前記制御回路７により、前記制御対象値検知手段１０の出力値が第１の所定の値になるように、前記スイッチング手段４ａの可変要素を可変すると共に、前記入力電圧検知手段９の出力値に応じて、前記スイッチング手段４ａの可変要素を変化させるかどうかを選択するようにしているものである。すなわち、入力電圧検知手段９が交流電源１の電圧値を検知し、この検知した交流電源１の電圧に応じて、現在のスイッチング手段４ａの可変要素、例えば、導通時間を可変させるかどうかを選択するものである。
【００２５】
ここで、本実施の形態における制御対象値制御手段１０を、インバータ回路４への入力電流を検知する入力電流検知手段とした場合について説明する。制御回路７は、被加熱体６への誘導加熱出力と相関のあるインバータ回路４への入力電流に基づいた制御対象値検知手段１０の出力値（電流値）が第１の所定の値、例えば、１４Ａになるようにスイッチング手段４ａの可変要素（例えば、導通時間）を駆動手段８により可変させて加熱コイル５に供給する高周波電流を変化させ、この高周波電流によって、加熱コイル５から発生する高周波磁束により鍋などの被加熱体６を誘導加熱する。同時に被加熱体６への誘導加熱出力を制御することができる。一般的には、スイッチング手段４ａの可変要素に対してインバータ回路４への入力電流が単調増加する特性となる領域で誘導加熱出力の制御を行う。
【００２６】
一方、入力電圧検知手段９は、交流電源１の電圧に応じて、現在のスイッチング手段４ａの可変要素（導通時間）を可変させるかどうかを選択する。その選択の仕方は次の通りである。
【００２７】
図２に示した、特性Ａの動作点ａで動作する被加熱体６であれば、例えば、交流電源１の定格電圧値に対して５％以下の電圧低下が検知された場合には、スイッチング手段４ａの導通時間を可変することを選択して、入力電流が第１の所定の値、１４Ａになるまで駆動手段８がスイッチング手段４ａの導通時間を変化させる。
【００２８】
また、交流電源１の定格電圧値に対して５％超の電圧低下が検知され、特性ＡＬの動作点ａＬで動作する場合には、スイッチング手段４ａの導通時間を可変しないことを選択して、入力電流が１４Ａでなくても駆動手段８がスイッチング手段４ａの導通時間を変化させずに動作点ａＬ１で動作させる。
【００２９】
また、交流電源１の定格電圧値に対して５％以下の電圧増加が検知された場合には、スイッチング手段４ａの導通時間を可変しないことを選択して、入力電流が１４Ａでなくても駆動手段８がスイッチング手段４ａの導通時間を変化させない。
【００３０】
また、交流電源１の定格電圧値に対して５％超の電圧増加が検知され、特性ＡＨの動作点ａＨ１で動作する場合には、スイッチング手段４ａの導通時間を可変することを選択して、入力電流が１４Ａとなるまで駆動手段８がスイッチング手段４ａの可変要素を変化させ、動作点ａＨで動作させる。
【００３１】
このような選択により、交流電源１の定格電圧値の変動幅に応じて適宜スイッチング手段４ａの導通時間を制限することができる。よって、交流電源１の電圧が定格値である時の入力電流よりも交流電源１の電圧が変動後の制御対象値を小さく、或いは同等レベルにすることができるので、交流電源１の電圧変動後のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を交流電源１の電圧が定格値の時のインバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務より小さく、或いは同等レベルにすることができる。
【００３２】
また、交流電源１の電圧が瞬間的に低下した後に復帰する、すなわち、瞬時停電および瞬時低電が生じた場合、特性Ａの動作点ａで動作している時は、交流電源１の電圧が５％超、例えば、１０％低下した場合、この低下している期間は、スイッチング手段４ａの導通時間が、交流電源１が定格電圧の時より大きい状態、特性ＡＬの動作点ａＬで動作し、その後、瞬間的に交流電源１が定格電圧値に復帰して、この変化を、制御対象値検知手段１０を通じて制御回路７が検知して、駆動手段８にスイッチング手段４ａの導通時間が小さくなるような信号を出力して制御する。つまり、スイッチング手段４ａの導通時間を交流電源１が定格電圧の時に戻そうとして、交流電源１が定格電圧の時に戻るまでの間は、交流電源１が定格電圧であるにも関わらず、スイッチング手段４ａの導通時間は大きいまま動作点ａ１で動作することになる。しかし、入力電圧検知手段９が検知した交流電源１の電圧値に応じて、スイッチング手段４ａの導通時間を変化させないで、動作点ａＬ１で動作するようにしているので、交流電源１の電圧が定格に復帰した直後でも、動作点ａに復帰する。このため、インバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務を許容値以下に抑制することができる。
【００３３】
ここで、交流電源１の電圧の定格値に対して、５％以下の電圧変動範囲では、スイッチング手段４ａの導通時間を変更することを選択しているのは、入力電圧検知手段９の検知ばらつきや外乱ノイズによる誤検知などにより、不用意にスイッチング手段４ａの導通時間を変更せずに、所望の誘導加熱出力が得られなくなったり、不安定になって加熱性能が劣化したりする事態を回避しているためである。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における誘導加熱装置について説明する。
【００３５】
本実施の形態において、実施の形態１と相違する点は、入力電圧検知手段９の出力値に応じて、スイッチング手段４ａの可変要素を変化させないことを選択している場合においても、制御対象値検知手段１０の出力が第２の所定の値に到達する迄はスイッチング手段４ａの可変要素は可変可能としたことである。
【００３６】
すなわち、入力電圧検知手段９の出力値が定格電圧時の５％超であり、スイッチング手段４ａの可変要素を変化させないことを選択している場合でも、制御対象値検知手段１０（入力電流検知手段）の出力が第２の所定の値、例えば、入力電流７Ａに対応する値に到達する迄はスイッチング手段４ａの可変要素（導通時間）を可変するようにしているものである。
【００３７】
これにより、インバータ回路４が動作開始して低入力電流から徐々にスイッチング手段４ａの可変要素を増加させている間や、制御対象値検知手段１０の出力が第１の所定の値を小さく設定、例えば、１４Ａではなく５Ａにしている時など、インバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務が小さい領域となるスイッチング手段４ａの可変要素が第３の所定の値、例えば、１０μｓ以下の低誘導加熱出力時には、交流電源１の電源電圧変動に影響されて誘導加熱出力の制御が困難になることなく、スイッチング手段４ａの可変要素を可変して所望の誘導加熱出力を得ることができるものである。
【００３８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における誘導加熱装置について説明する。
【００３９】
本実施の形態において、実施の形態１と相違する点は、スイッチング手段４ａの可変要素が第３の所定の値以上になると、交流電源１の電圧変化に対して、スイッチング手段４ａの可変要素を変化させるかどうかを選択するようにしたことである。
【００４０】
すなわち、スイッチング手段４ａの可変要素（導通時間）が第３の所定の値、例えば、１０μｓ以上になると、交流電源１の電圧変化に対して、スイッチング手段４ａの可変要素を変化させるかどうかを選択する。つまり、スイッチング手段４ａの可変要素が第３の所定の値、例えば、１０μｓに到達するまでは、交流電源１の変動に関係なく、スイッチング手段４ａの可変要素の可変を常に許可する。これにより、一般的にスイッチング手段４ａの可変要素に対して入力電流が単調増加する特性となる領域で被加熱体６の誘導加熱出力の制御を行うが、インバータ回路４が動作開始してから低入力電流から徐々にスイッチング手段４ａの可変要素を増加させている間や、制御対象値検知手段１０の出力が第１の所定の値を小さく設定、例えば、１４Ａではなく５Ａにしている時など、インバータ回路４を構成する電子部品の電気的責務が小さい領域となる低誘導加熱出力時には、交流電源１の電源電圧変動に影響されて誘導加熱出力の制御が困難になることなく、スイッチング手段４ａの可変要素を可変して所望の誘導加熱出力を得ることができる。
【００４１】
なお、上記した各実施の形態１〜３では、スイッチング手段４ａ、共振コンデンサ４ｂ、加熱コイル５などインバータ回路４を構成しているパワー部品を１つづつ含む構成で説明しているが、これらが複数組み合わさって構成されていても同様の効果がある。また、制御対象値検知手段１０をインバータ回路４への入力電流検知手段で説明しているが、被加熱体６への誘導加熱出力と相関のある物理量、例えば、スイッチング手段４ａの両端電圧を検知するスイッチング手段両端電圧検知手段、加熱コイル５に流れる電流を検知する加熱コイル電流検知手段、スイッチング手段４ａに流れる電流を検知するスイッチング手段電流検知手段、共振コンデンサ４ｂの両端電圧を検知するコンデンサ両端電圧検知手段、共振コンデンサ４ｂに流れる電流を検知するコンデンサ電流検知手段などにしても同様であることは言うまでもない。更に、被加熱体６への誘導加熱出力の制御は、インバータ回路４の構成などに応じて、スイッチング手段４ａの導通時間に限らず、導通時間、駆動周期、または導通比の可変要素の少なくとも一つを可変させれば良い。また、交流電源１の電圧変動幅に対するスイッチング手段４ａの可変要素を変更するかどうかの選択は、交流電源１の電圧変動に対するインバータ回路４の振る舞いに応じて、適宜変更しても良い。更に、入力電圧検知手段９が検知する電圧は、交流電源１に対応してリニアに変化する物理量であれば良いものである。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明にかかる誘導加熱装置は、交流電源の電圧変動に対しても、インバータ回路を構成する電子部品の電気的責務を交流電源の電圧が定格時とほぼ同等かそれ以下に抑制できるので、既に実用化されている誘導加熱調理器、誘導加熱式炊飯器はもとより、誘導加熱を応用可能な電気湯沸かし器、電気アイロン、食器洗い乾燥機、給湯器などの加熱機器の用途にも適用でき、更には、インバータ回路を用いた他の電気機器、電子レンジや冷蔵庫、洗濯機などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１〜３における誘導加熱装置のブロック図
【図２】同誘導加熱装置のスイッチング手段の導通時間対インバータ回路への入力電流の関係を示す特性図
【符号の説明】
【００４４】
１  交流電源（商用電源）
２  整流回路
３  平滑回路
４  インバータ回路
４ａ  スイッチング手段
４ｂ  共振コンデンサ
５  加熱コイル
６  被加熱体
７  制御回路
８  駆動手段
９  入力電圧検知手段
１０  制御対象値検知手段（入力電流検知手段）
【図１】
2005222796.tif 000003
【図２】
2005222796.tif 000004